Aplikace - ČKD ELEKTROTECHNIKA, a. s.

Aplikace
Profil společnosti
Profil společnosti
2
2
Aplikace
Výkonové polovodičové jednotky PSU
Zákaznické PSU
Schémata zapojení PSU
Řídicí jednotka tyristorů GU 3391
Řídicí jednotka tyristorů GU 4000
Výkonové polovodičové měniče
3
3
4
5
6
7
8
References
Trakční měnič motorové jednotky řady 560
Výsuvný usměrňovač pro měnírny metra
9
9
10
Dodatky
Klíče značení
Symboly
11
11
12
Obsah
Obsah
1
Profil společnosti
Profil společnosti
Společnost ČKD ELEKTROTECHNIKA, a.s. má
dlouholetou tradici ve vývoji a výrobě elektrotechnického zařízení, zejména polovodičových aplikací,
se zaměřením na dodávky zboží a služeb řešené
cestou individuálních projektů. V roce 2011 společnost rozšířila svoje výrobní a obchodní aktivity
o sortiment chladičů pro výkonovou elektroniku,
výkonové polovodičové jednotky a sestavy. ČKD
ELEKTROTECHNIKA, a.s. nabízí technicky optimální řešení zohledňující minimalizaci celkových nákladů v případě investiční akce, zejména u rekonstrukcí nebo modernizací stávajících zařízení. Značnou
pozornost věnuje zákaznickým službám, které jsou
spojeny se servisem, modernizacemi, náhradními
díly a poradenskou činností.
ČKD ELEKTROTECHNIKA, a.s. patří do průmyslové
skupiny ČKD GROUP, která se zaměřuje na dodávky a produkty pro oblast energetiky obnovitelných
zdrojů, infrastruktury, klasické energetiky, plynárenství, ekologie, chemie a elektrotechniky. Spojení s ostatními společnostmi skupiny ČKD GROUP
umožnilo celkově rozšířit dodavatelský potenciál
firmy jak z pohledu spektra produktů, tak i v oblasti
zajišťování komplexních dodávek.
Kontakt:
ČKD ELEKTROTECHNIKA, a.s.
Kolbenova 936/5e
190 00 Praha 9
Česká republika
Tel.: +420 226 544 302
Tel.: +420 226 544 312
Fax: +420 266 033 797
E-mail: [email protected]
Web: http://www.ckde.cz
2
Vizí společnosti
ČKD ELEKTROTECHNIKA , a.s.
je vybudování silné zákaznicky orientované firmy působící v tuzemsku
i v zahraničí v oblasti dodávek technologických uzlů obsahujících polovodičové aplikace s vysokou mírou vlastní
přidané hodnoty.
Výkonové polovodičové jednotky PSU
Výkonové polovodičové jednotky PSU (Power Semiconductors Units) jsou
sestavy polovodičových součástek a chladičů v různých elektrických zapojeních doplněné příslušenstvím jako jsou ventilátory, řídicí jednotky, přepěťové
a komutační ochrany, teplotní čidla, izolátory, pojistky, vzduchové tunely aj.
Sestavy PSU, ve kterých jsou aplikovány výkonové moduly s izolovanou základnou, je možné montovat do vyšších funkčních celků bez další izolace.
Vlastnosti:
•• Elektrická pevnost (vývody / chladič) 2,5 kV pro PSU s výkonovými
moduly
Aplikace
•• Elektrická pevnost (chladič / přítlačná konstrukce) až 7 kV, dle typu přítlačné konstrukce
•• Chlazení vzduchové (přirozené nebo nucené), kapalinové, nebo na bázi tepelných trubic
•• Vysoká životnost použitých dílů
Nejčastěji dodávané typy PSU:
Typ
Napětí
Výstupní proud
Hlavní rozměry
Hmotnost
[mm]
[kg]
VRMS
Vd
IdN
IdF
[V]
[V]
[A]
[A]
PSU T50 B2U 380/340 12/20
380
340
12
20
106 x 65 x 27
0,23
PSU Y80 B2U 380/340 40/80
380
340
40
80
120 x 120 x 80
1,05
PSU Q180 B2U 380/342 83/203
380
342
83
203
220 x 125 x 190
4,50
PSU Y120 B2U 380/340 60/120
380
340
60
120
120 x 120 x 120
1,35
PSU Y160 B6U 380/510 60/120
380
510
60
120
120 x 120 x 160
2,05
PSU Q180 B6U 380/510 100/270
380
510
100
270
220 x 125 x 190
5,02
PSU Q360 B6U 310/415 219/450
310
415
219
450
400 x 135 x 175
8,00
PSU L65 W1C 280/280 90/– C
280
280
90
–
100 x 65 x 150
1,39
PSU Q120 W1C 550/550 110/190 FC
550
550
110
190
125 x 160 x 185
1,72
380
380
59
168
125 x 220 x 185
5,62
Zapojení B2U
Zapojení B6U
Zapojení W1C
Zapojení W3C
PSU Q180 W3C 380/380 59/168 FT
Klíč k typovému značení je uveden na straně 11
Jiné typy PSU:
Pro informace o jiných typech PSU kontaktujte prosím naše obchodní oddělení.
3
Zákaznické PSU
Zákaznické PSU jsou výkonové polovodičové jednotky navržené a zkonstruované podle parametrů, vlastností a provozních podmínek zadaných zákazníkem.
Vlastnosti:
•• Široký rozsah výkonových parametrů
•• Možnost aplikace všech typů výkonových
polovodičových součástek
•• Chlazení vzduchové (přirozené nebo nucené), kapalinové, nebo na bázi tepelných trubic
Aplikace
•• Přizpůsobení konstrukčním požadavkům zákazníka
•• Vysoká životnost použitých dílů
Parametry důležité pro návrh:
•• Druh zapojení
•• Vstupní napětí
•• Výstupní proud
•• Charakter zátěže
•• Způsob chlazení
•• Popis provozního prostředí (teplota, prašnost atd.)
•• Způsob jištění
•• Požadavky na konstrukci
•• Zvláštní požadavky (hmotnost, zastavěný prostor, zvýšená izolace, tepelná ochrana atd.)
Příklad zákaznické jednotky PSU
označení výrobku
zapojení
4
PSU K2 B6U 380/510 -/1500 T
třífázový můstek diodový B6U
vstupní napětí
výstupní napětí
výstupní proud
rozsah provozních frekvencí
izolační napětí živých částí vůči
nosné konstrukci
380 V AC
510 V DC
1500 A (3000 A po dobu max. 2 min)
50 ÷ 400 Hz
chlazení
množství chladiva
teplota chladiva
druh chladiva
teplotní ochrana
nucené kapalinové
4 l / min na 1 chladič
0°C až 30°C
upravená voda
rozměry (v × h × š)
hmotnost
montážní poloha
200 × 100 × 200 mm
cca 17 kg
libovolná poloha, sestava je uchycena za nosnou desku dvěma
šrouby M10
5000 V
B2C
B2CF
B2HA
B2HK
B2HKF
B2HZ
B2U
B2UF
B6C
(B6C)2
(B6C)2L
B6CF
B6U
B6UF
E1CK
E1CKF
E1UK
E1UKF
M2CK
M2UK
M3CK
M3UK
M6CK
M6UK
W1C
Aplikace
Schémata zapojení PSU
W3C
5
Řídicí jednotka tyristorů GU 3391
Jednotka GU3391 je určena pro buzení dvojice antiparalelně zapojených tyristorů. Zařízení lze použít v systémech regulace výkonu
jednofázové nebo třífázové zátěže polovodičovými stykači. Řízení
se provádí pomocí ovládacích napětí přivedených na vstupy řídicí
jednotky. Jednotka je koncipována jako dvě nezávislé sekce vstupvýstup pro každý ze dvou tyristorů.
Aplikace
Vlastnosti:
•• Určeno pro řízení tyristorů nebo tyristorových modulů
•• Spínání tyristoru pomocí série proudových impulzů
•• Proud řídicí elektrodou tyristoru až 1,5 A
•• Galvanické oddělení vstupů a výstupů
•• Galvanicky oddělené napájení
•• Možnost montáže na DIN lištu
Parametry:
napájení
řídící signál ON
řídící signál OFF
výstupní pulsy
elektrická odolnost vstup – výstup
pracovní teplota okolí
rozměry š × v × h
hmotnost
stupeň ochrany krytem
6
20 ÷ 80 V DC
15 ÷ 40 V (5 ÷ 15 V option) / 5 ÷ 12 mA
< 4 V / < 1 mA
1,5 A / 0,5 V; 1,7 kHz
5 kV
-25 ÷ 60 °C
22 × 110 × 120 mm
0,18 kg
IP20
Řídicí jednotka tyristorů GU 4000
Aplikace
Jednotka GU 4000 je určena pro řízení jedné dvojice antiparalelně
zapojených tyristorů. Lze ji použít ke snadné realizaci polovodičového stykače (solid state relay). Spouštění polovodičového stykače lze
zadat stejnosměrným nebo střídavým napěťovým signálem. Jednotka
GU4000 má využití i pro fázové řízení výkonu zátěže. Zapalovací úhel
tyristorů je ovládán zadaným napěťovým nebo proudovým stejnosměrným signálem. Funkce režimu pro zvolenou aplikaci lze snadno
ovládat prvky umístěnými na čelní straně jednotky pod průhledným
krytem. Jednotku GU 4000 lze aplikovat v jednofázové i třífázové síti
pro odporovou nebo indukční zátěž.
Vlastnosti:
•• Určeno pro řízení tyristorů nebo tyristorových modulů
•• Pracovní napětí 230 nebo 400 V AC / 50 Hz
•• Spínání v nule napětí
•• Spínání v požadovaném úhlu
•• Fázové řízení zátěže napětím nebo proudem
•• Spouštění stejnosměrným i střídavým signálem širokého rozsahu
•• Galvanické oddělení vstupů a výstupů
•• Možnost upevnění na DIN lištu
•• Vizuální signalizace stavu řídicí jednotky
Parametry:
typy
napájení
spouštěcí signál
fázové řízení napětím
fázové řízení proudem
výstupní pulsy
elektrická odolnost vstup – výstup
pracovní teplota okolí
rozměry š × v × h
hmotnost
stupeň ochrany krytím
GU 4000, GU 4000 – 400
230 V AC / 50 Hz, 25 mA (GU 4000)
400 V AC / 50 Hz, 25 mA (GU 4000 – 400)
3 ÷ 60 V DC
5 ÷ 45 V AC / 50 Hz
0 ÷ 10 V DC (0 V ~ 180°, 10 V ~ 0°)
4 ÷ 20 mA DC (≤ 4 mA ~ 180°, 20 mA ~ 0°)
1,5 A, 22 µs, 3,7 kHz
5 kV
-25 ÷ 60 °C
45 × 110 × 120 mm
0,38 kg
IP20
7
Výkonové polovodičové měniče
Výkonové polovodičové měniče obsahují polovodičové součástky,
chladiče a řídicí jednotky vlastní provenience. Základní typové řady
lze modifikovat podle konkrétních požadavků zákazníka. Jako aktivní
řízené prvky se používají tyristory GTO nebo IGCT. Účinné chlazení
polovodičových součástek je zajištěno chladiči na bázi tepelných trubic s nuceným vzduchovým chlazením. Robustní a přitom poměrně
lehká konstrukce měničů umožňuje velmi snadnou údržbu a spolu
s vynikající kvalitou výkonových polovodičových součástek je zárukou jejich dlouhé životnosti a vysoké provozní spolehlivosti.
Aplikace
Typické oblasti použití:
•• Fázově řízené měniče napětí
•• Elektronické spínače
•• Trakční pulzní měniče pro napájení stejnosměrných motorů
•• Střídače pro napájení asynchronních motorů
Reference:
Trakční měniče řady PSC 6060 a PSC 6070 tvoří součást elektrických výzbrojí pro trolejbusy 14Tr, 15Tr, 17Tr,
21Tr a 22Tr vyráběné společností ŠKODA. S využitím GTO nebo IGCT měničů byly v nedávné době rovněž
modernizovány některé starší typy trolejbusů. Použití nových měničů umožnilo rekuperovat energii do napájecí sítě a přispělo k zjednodušení údržby vozidel. Zároveň přispělo k vyšší provozní spolehlivosti vozidel
a lepšímu jízdnímu komfortu cestujících.
8
Trakční měnič motorové jednotky řady 560
Reference
Elektrické jednotky řady 560 ČSD se za zhruba tři desetiletí provozu nedočkaly žádné sériově prováděné komplexní modernizace. Po
řadě dílčích technických úprav, které vzešly z požadavků provozu,
byla na jedné jednotce v letech 1993 – 94 provedena první komplexní modernizace. V roce 2002 bylo z rozhodnutí ČD vypsáno nové výběrové řízení na modernizaci dalších jednotek.
Bylo rozhodnuto kompletně zmodernizovat trakční pohon včetně
všech pomocných elektrických pohonů a řídicího systému. Modernizace trakčního pohonu zahrnovala renovaci vysokonapěťových
obvodů, hlavního transformátoru a trakčních motorů. Dále bylo potřeba nahradit stávající trakční měnič, který již vykazoval vysokou
poruchovost a jehož dynamické a výkonové parametry už neodpovídaly současným požadavkům. Důležitou podmínkou modernizace
byla možnost provozovat v jedné soupravě modernizovaný i dosud
nemodernizovaný motorový vůz zároveň.
Trakční měnič dosahuje požadované výkonové úrovně 465 kW, má lepší jízdní a brzdné paramery než vyžadovalo zadání a pracuje s vysokou výkonovou účiností a elektrickým účiníkem blížícím se hodnotě jedna.
Měnič dále umožňuje při brždění rekuperaci elektrické energie zpět do napájecí soustavy nebo do sítě
vlastní spotřeby.
Jeden motorový vůz elektrické jednotky je osazen dvěmi skříněmi. Každá skříň obsahuje kompatibilní
usměrňovač a pulzní měnič, který napájí dva stejnosměrné trakční motory. Pulzní měnič je tvořen dvěma
přesazenými měniči. Toto uspořádání zaručuje nízké zvlnění proudu motorů. Ve všech měničích jsou použity nejmodernější výkonové polovodičové součástky – tyristory IGCT, které umožnují vysokou přetížitelnost
a zároveň vysoký pracovní kmitočet. Řízení tyristorů se provádí pomocí optických kabelů. Řízení optickými
kabely je odolné proti rušivým impulzům a zároveň galvanicky odděluje řídicí část od výkonové. Všechny
výkonové součástky v měničích jsou chlazeny chladiči na bázi tepelných trubic ofukovaných vzduchem.
Vlastnosti měniče
•• Využití nejmodernějších výkonových součástek IGCT
•• Vysoká přetižitelnost
•• Velmi nízké rušení z pohledu drážních předpisů
•• Vysoká hodnota účiníku
•• Možnost rekuperace elektrické energie
•• Nízké zvlnění výstupního proudu
•• Elektrodynamická brzda nezávislá na napětí trolejového vedení
Parametry měniče
napájecí napětí
výstupní napětí
výstupní proud
výkon
pracovní frekvence měniče
hodnota účiníku:
chlazení nucené izolační pevnost rozměry (š × h × v)
hmotnost
2x 465 V
730 V
630 A trvale
700 A hodinově
1200 A / 1 min
420 kW trvale
465 kW hodinově
600 Hz
> 0,98 pro rozsah výkonů
> 0,95 pro rozsah výkonů
> 0,90 pro rozsah výkonů
4000 m3 / hod
5000 V / 1min
1015 × 930 × 1250 mm
460 kg
P > 0,5 Pjm
0,33 Pjm < P ≤ 0,5 Pjm
0,17 Pjm < P ≤ 0,33 Pjm
9
Výsuvný usměrňovač pro měnírny metra
Měnírny, které napájí nejstarší část trasy C pražského metra, jsou
vybaveny usměrňovači pocházejícími ze 70. let, kdy bylo metro uvedeno do provozu. Vzhledem k morální i technické zastaralosti bylo
rozhodnuto tyto usměrňovače nahradit novými. Na modernizaci byly
kladeny náročné požadavky vyplývající ze specifických provozních
podmínek usměrňovačů.
Reference
Zařízení usměrňuje třífázové střídavé napětí na napětí stejnosměrné,
kterým se napájí trakční pohony vozů metra. Provozní režim vyžaduje
možnost krátkodobého přetížení. Navržený usměrňovač je schopen
snášet po dobu jedné minuty až trojnásobné přetížení. Usměrňovač
je osazen výkonovými diodami speciálně vyvinutými pro tento účel.
Tyto diody jsou schopny snášet velké přetížení, což umožňuje vypustit pojistky u jednotlivých součástek. Funkci jištění pak přebírá předřazený rychlovypínač. Vzhledem k požadavku na přirozené chlazení
a velké výkony byly pro chlazení výkonových součástek použity chladiče s tepelnými trubicemi. Pro lepší odvod tepla je vnitřní uspořádání
usměrňovače rozděleno do třech teplotně nezávislých sekcí. Vnější
rozměry skříně byly navrženy tak, aby bylo možné nový usměrňovač
umístit do původních prostor. Sofistikovaná konstrukce umožnila
podstatně snížit hmotnost, což usnadňuje manipulaci.
Vlastnosti usměrňovače
•• Využití nejmodernějších výkonových diod
•• Vysoká přetížitelnost
•• Přirozené chlazení
•• Nízká hmotnost
Parametry měniče
zapojení
třída provozu
vstupní napětí výstupní napětí
špičkové napětí max.
výstupní proud 10
třífázový diodový můstek s dvěma diodami paralelně
VI
660 V AC / 50Hz
884 V DC
2000V
Id = 3000 A trvale
Id = 4500 A 2 hod
Id = 9000 A 1 min
diody, neřízený obvod
tyristory, plně řízený obvod
kombinace diod a tyristorů, polořízený obvod
moduly IGBT
Konstrukční varianta
Doplňky a výbava PSU
bez označení
bez doplňkové výbavy
D
provedení s adaptérem pro DIN lištu
P
provedení s přepěťovou ochranou
T
provedení s termostatem
F
provedení s ventilátorem
C
provedení s vlastním řízením
Stejnosměrný proud Id [A] nebo střídavý proud IRMS [A] pro zapojení W při nuceném chlazení
Stejnosměrný proud Id [A] nebo střídavý proud IRMS [A] pro zapojení W při přirozeném chlazení
Výstupní napětí Vd , VRMS [V]
Střídavé napájecí napětí VRMS [V]
Dodatky
PSU Q 360 B6 HK F 310/415 219/450 DPTF N1268/43/09
Doplňující určení elektrického zapojení
F
obvod s nulovou diodou
Použité součástky
U
C
HA, HK
I
Základní zapojení
Typ chladiče
Výkonové polovodičové jednotky
Klíče značení
11
Dodatky
Symboly
12
Id
střední výstupní proud měniče
IRMS
efektivní hodnota proudu
Vd
střední výstupní napětí měniče
VRMS
efektivní hodnota napětí
ČKD ELEKTROTECHNIKA, a.s.
Kolbenova 936/5e
190 00 Praha 9
Česká republika
Tel.: +420 226 544 302
Tel.: +420 226 544 312
Fax: +420 266 033 797
E-mail: [email protected]
Web: http://www.ckde.cz